細菌學復習資料：細菌的遺傳與變異

1、第二章 細菌的遺傳與變異第一節(jié) 細菌的變異現(xiàn)象形態(tài)結(jié)構(gòu)變異 菌落變異 在陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)光滑型菌落 粗糙型菌落 S R原因：失去LPS的特異多糖毒力變異 增強： 感染棒狀桿菌噬菌體白喉棒狀桿菌 獲得白喉毒素 減弱： 膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基牛分枝桿菌 卡介苗BCG 13年(230代) 耐藥性變異 細菌對某種抗菌藥物從敏感變成耐藥的變異有些細菌還同時耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性 含鏈霉素培養(yǎng)基痢疾志賀菌 痢疾志賀菌依鏈株(SmD株) 長期培養(yǎng) 第二節(jié) 細菌的遺傳物質(zhì)細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎基因組：染色體和染色體外遺傳物質(zhì)（質(zhì)粒、噬菌體、轉(zhuǎn)座因子）1.細菌染色體：環(huán)狀雙螺旋

2、DNA，3.25106 bp 復制快：105 bp/min 無組蛋白，無內(nèi)含子，為連續(xù)基因 單倍體：突變后更易表現(xiàn)2.質(zhì)粒（plasmid）：閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子自主復制能力控制某些性狀轉(zhuǎn)移能力非必須可自行丟失或消除 功能分類：致育性質(zhì)粒（F質(zhì)粒）編碼性菌毛，介導細菌之間接合傳遞可接合傳遞的耐藥性質(zhì)粒（接合性耐藥質(zhì)粒R質(zhì)粒）編碼細菌耐藥性毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）編碼與細菌致病性有關(guān)的毒力因子【Col質(zhì)粒編碼大腸菌素】3.噬菌體（bacteriophage/phage） 噬菌體是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒，具體抗原性 個體微小，可以通過細菌濾器，三種形態(tài)：蝌蚪形、微球形和細桿形

3、無細胞結(jié)構(gòu)，主要由蛋白質(zhì)（衣殼）和核酸（大多數(shù)為DNA，且僅有一種）組成 只能在活的微生物細胞內(nèi)復制增殖，是一種專性胞內(nèi)寄生的微生物 嚴格宿主特異性，分布極廣，有菌即有噬菌體 1.毒性（virulent）噬菌體：能在宿主菌內(nèi)復制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌，建立溶菌性周期2.溫和（temperate）噬菌體或溶原性噬菌體：噬菌體基因組整合于宿主菌染色體 中，成為前噬菌體（prophage）。細菌變成溶原性細菌（lysogenic b）。不產(chǎn)生子代噬菌體，也不引起細菌裂解。溫和噬菌體可以自發(fā)或在有些因素的誘導下，整合的前噬菌體可以從染色體上脫離，進入溶菌性周期。溶菌性周期：毒性噬菌體

4、在宿主菌內(nèi)的增殖過程，包括吸附穿入、生物合成、成熟 釋放等3個階段。溶原性周期：溫和噬菌體感染細菌后不增殖，其核酸整合到細菌染色體上，成為前噬菌體。并隨細菌復制而復制，隨細菌的分裂而分配到子代細菌染色體中。溶原性細菌：帶有前噬菌體的細菌。溶原性：溫和噬菌體具有的這種產(chǎn)生成熟子代噬菌體顆粒和裂解宿主菌的潛在能力溫和噬菌體有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌體只有一個溶菌性周期。溶原性轉(zhuǎn)換：某些前噬菌體可導致細菌基因型和性狀發(fā)生改變。4.轉(zhuǎn)座因子（transposable element）：是存在于細菌染色體或質(zhì)粒DNA分子上的一段特異性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移動，不斷改變它們在基因組

5、的位置，能從一個基因組轉(zhuǎn)移到另一個基因組中。是一類不依賴于同源性重組可以在細菌的基因組（染色體、質(zhì)粒、噬菌體）中從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置上的獨特DNA片段，也稱為跳躍基因（jumping genes）或移動基因（movable genes）。包括：插入序列（IS）、轉(zhuǎn)座子（transposon， Tn）、Mu 噬菌體。IS (insertion sequence): 0.72.5 kb，兩端有反向重復序列+中央序列（編碼轉(zhuǎn)座酶），沒有其他基因Tn (transposon): 200025000 bp，兩端為IS插入序列+中央序列（編碼其他功能的基因，如：毒素基因、耐藥基因等，是細菌產(chǎn)生耐藥性

6、resistance的重要原因）Mu 噬菌體： 是一類具有轉(zhuǎn)座作用的大腸埃希菌溫和噬菌體，可隨機插入宿主菌DNA中。轉(zhuǎn)座（transposition）機制l 非復制型轉(zhuǎn)座l 復制型轉(zhuǎn)座（共聯(lián)體的形成和解離）l 接合型轉(zhuǎn)座（Tn形成共價閉合環(huán)狀中介物）第三節(jié) 細菌變異的機制1基因突變 基因突變是指DNA堿基對的置換、插入或缺失所致的基因結(jié)構(gòu)變化，分為點突變和多點突變。 基因突變是生物變異的主要原因，也是生物進化的主要因素。2基因轉(zhuǎn)移（genetic transfer）與基因重組（genetic recombination）轉(zhuǎn)移：供菌提供DNA；受菌接受DNA重組：受菌獲得供菌DNA，受體菌獲得供

7、體菌的某些性狀細菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)體融合等方式進行。2.1轉(zhuǎn)化（transformation）：供體菌裂解游離的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的性狀。受菌主動攝取外源性DNA，供菌死亡時釋放或人工方法提取DNA。影響因素：供受菌基因型：親緣關(guān)系越近，轉(zhuǎn)化率越高；感受態(tài)（competence）：生理活動過程中攝取轉(zhuǎn)化因子【轉(zhuǎn)化因子（transforming principle）：在轉(zhuǎn)化過程中，轉(zhuǎn)化的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子，分子量小于107，最多不超過1020個基因?！康淖罴褧r期；環(huán)境因素：Mg2、Ca2等可促進轉(zhuǎn)化2.2接合（conjugat

8、ion）：通過性菌毛將供菌DNA（主要是質(zhì)粒DNA）轉(zhuǎn)給受體菌，受體菌獲得供體菌性狀。 接合性質(zhì)粒：能通過接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒等2.2.1 F質(zhì)粒（fertility factor, 致育因子、性因子）的接合接觸：細胞質(zhì)溝通轉(zhuǎn)移：F質(zhì)粒進入F菌，1分鐘完成復制：F菌轉(zhuǎn)為F菌l Hfr（高頻重組菌株）：F質(zhì)粒與染色體整合形成Hfr具有高頻轉(zhuǎn)移自身染色體至F菌的功能細菌染色體轉(zhuǎn)移頻率高，F(xiàn)質(zhì)粒低，很少使受菌成為F菌受體菌獲得供體菌性狀用于繪制基因圖F質(zhì)粒：Hfr中的F質(zhì)?？梢詮娜旧w上脫離下來，此時它會攜帶相鄰的染色體基因或DNA片段2.2.2 接

9、合性耐藥質(zhì)粒R質(zhì)粒/R100（耐藥傳遞因子+ r決定因子）的接合與多重耐藥性有關(guān)。耐藥質(zhì)粒從一個細菌轉(zhuǎn)移到另一個細菌中。耐藥性傳遞因子（RTF）：編碼性菌毛，使R100以接合方式傳遞 耐藥(r)決定子：決定耐藥，可攜帶多個耐藥基因或轉(zhuǎn)座子 2.2.3誘動傳遞（mobilization）：非接合性質(zhì)粒（如ColE1質(zhì)粒）與接合性質(zhì)粒同存于一個菌細胞內(nèi)2.3轉(zhuǎn)導（transduction）：以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。 2.3.1普遍性轉(zhuǎn)導（generalized transduction） 前噬菌體從溶原菌染色體上脫離，進行增殖，在裂解期的后期，

10、噬菌體的DNA已大量復制，裝配時可能會發(fā)生裝配錯誤，誤將細菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個轉(zhuǎn)導噬菌體。轉(zhuǎn)導噬菌體能以正常方式感染另一宿主菌，并將其頭部的染色體注入受體菌內(nèi)。 被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分，染色體或者質(zhì)粒。轉(zhuǎn)導片段比轉(zhuǎn)化的更大，頻率更高。完全轉(zhuǎn)導和流產(chǎn)轉(zhuǎn)導。金黃色葡萄球菌中耐藥性傳遞的主要方式，耐藥性轉(zhuǎn)導現(xiàn)象只發(fā)生在同種菌內(nèi)。2.3.2局限性轉(zhuǎn)導（restricted transduction）或稱特異性轉(zhuǎn)導， 所轉(zhuǎn)導的只限于供體菌染色體上特定的基因。溶原期時，噬菌體DNA整合在細菌染色體特定部位，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將自身的一段DNA留在細菌染色體

11、上，而帶走了細菌DNA上兩側(cè)的基因。當其轉(zhuǎn)導并整合到受體菌中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。所轉(zhuǎn)導的只限于供體菌上個別的基因。2.3.4溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenic conversion）：溶原性細菌因染色體上整合有前噬菌體而獲得新的性狀。當噬菌體感染細菌時，宿主菌染色體中獲得了噬菌體的DNA片段，使其成為溶原狀態(tài)時而致細菌獲得新的性狀。 2.3.5原生質(zhì)體融合（protoplast fusion）：將兩種不同細菌的原生質(zhì)體混合，滴加聚乙二醇促使原生質(zhì)體融合。第四節(jié) 細菌遺傳變異的實際意義1.在疾病的診斷、治療與預防中的應用1.1診斷：形態(tài)、結(jié)構(gòu)、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的變

12、異，使得診斷復雜化1.2治療：耐藥菌株日益增多，預防耐藥性藥敏實驗早期足量要有一定療程,聯(lián)合用藥不要濫用1.3預防：減毒菌株和無毒株可制備成疫苗2.在測定致癌物質(zhì)中的應用Ames試驗檢測致癌物l 以細菌為模型檢測可疑致癌物的常用方法l 突變菌在誘變劑的作用下，可能發(fā)生回復突變而恢復其原有性狀l 鼠傷寒沙門菌組氨酸營養(yǎng)缺陷型為試驗菌傷寒沙門菌（his-）（his+）3.在流行病學中的應用分子生物學分析方法已被用于流行病學調(diào)查 質(zhì)粒指紋圖（PFP） 對噬菌體的敏感性，對細菌素的敏感性4.在基因工程中的應用基因工程l 載體：質(zhì)粒，噬菌體l 工程菌和酶：限制性內(nèi)切酶，連接酶l 選擇目的基因，細菌中表達

13、，如胰島素、白介素、干擾素等l 基因工程疫苗F質(zhì)粒編碼性菌毛，細菌間通過性菌毛以接合方式傳遞F質(zhì)粒，R質(zhì)粒等。R質(zhì)粒編碼性菌毛和耐藥性，細菌間通過性菌毛以接合方式傳遞耐藥基因。Conversion：轉(zhuǎn)換Transposition：轉(zhuǎn)座Transmission：傳遞，傳播Transformation：轉(zhuǎn)化Transduction：轉(zhuǎn)導Transference：傳遞、轉(zhuǎn)移Translocation：轉(zhuǎn)位根據(jù)對病原菌的作用靶位，將抗生素的作用機制分為四類 1.抑制細菌細胞壁合成（b-內(nèi)酰胺類）競爭轉(zhuǎn)肽酶，阻斷肽聚糖的合成 b-內(nèi)酰胺抗生素可與細胞膜上的青霉素結(jié)合蛋白（penicillin-binding protein, PBP）共價結(jié)合。該蛋白質(zhì)是青霉素作用的主要靶位，當